星河小学教室照度调查及照明方案设计

周乐颜　左文飞

研究背景

在同一个教室里学习，有的同学认为太暗要开灯，有的同学却觉得够亮了，开灯是浪费。为什么大家的感受不一样？仔细观察后我发现，教室里各个地方亮度是不一样的，靠窗的亮一些，靠门的暗一些。这样不同的亮度能不能满足同学们学习的需要呢？只靠自己的眼睛判断行不行？能不能找到一种办法，让同学们清楚地知道什么情况下要开灯，要开几盏灯？还有，教室里现在的灯光线路安排合理吗？因此，我想通过调查为全校分布在不同楼上的31个教室设计出合理的照明方案。

研究方案

网络资料研究。通过查阅中华人民共和国《建筑照明设计标准》（GB50034-2013），我发现教室的课桌面照度标准值为3001x。照度对我们的视力有影响，改善照明条件可以减少视觉疲劳，也会提高学习效率。因此，我准备测量各教室中不同位置、不同天气、不同时间条件下的课桌面照度，设计出合理的照明方案，使教室里的每一个同学都能有良好的光照条件。

设计调查问卷。我设计了2个问题，并分别在晴天和阴天的早晨、中午、放学前走进教室进行调查，了解同学们对亮和暗的判断。问题1：关上灯，你能看清书上的字吗？问题2：你认为这个时候需要开灯吗？

确定测量工具。我找到了照度测量软件luxmeter。它利用手机里的光敏三极管感受光，吸收光能转化为电能，光照强电流就大。测量精度跟手机的光线传感器敏感度相关。经过比较，我选择了三星的手机和平板电脑，下载软件后就能开始测量了。

确定数据采集点。我观察了各教室的课桌摆放情况，把放课桌的范围平均分成6个数据采集区，在每个采集区的中心点测量（图1）。有12个教室拥有阅读区，课桌排列比较紧密，所以分成5个数据采集区（图2）。这样做能得到比较多的数据，也不会很累。

采集每个教室的照度数据。分别在阴雨天和晴天的早晨、中午、放学前进入各个班级测量照度。分别测量每个数据采集区在每个时段不开灯时的照度、开一部分灯时的照度、灯全部打开时的照度。

统计分析数据、设计照明方案。通过进班测量和调查，可以获得丰富的数据，通过分析设计出合理的照明方案。

争取学校支持。把研究结果和设计方案向学校汇报，引起学校的重视，使学校支持改造。

调查和测量结果

调查问卷结果分析

每个班级的同学都对亮暗和是否需要开灯有不同看法。

阴雨天的早晨和放学前、晴天的中午和放学前，同学对于是否开灯的意见比较一致；阴雨天的中午和晴天的早晨就有明显分别。

南教学楼，坐在教室北边的同学更想开灯；北教学楼，坐在教室南边的同学更想开灯。

各教室照度测量结果

晴天，每个数据采集区的照度都明显高于阴雨天气。中午的照度高于早晨和放学前的照度。

南教学楼教室南侧的照度明显高于北侧照度。北教学楼教室北侧的照度明显高于南侧照度。

开教室前排灯对教室前端照度影响较大；开后排灯对教室前端影响不大，甚至没有提高；开全部的灯时，教室前端的照度比只开前排灯高一点。教室后端也是。

阴雨天开灯能把照度提升到100lx以上；晴天阳光强烈，开灯对照度的提高没有多大影响。

学校照明方案设计

现在教室的照明情况是：18盏36W荧光灯如图3排列，南北向安装，圈在椭圆中的3盏灯用1个开关控制。改进措施如下。

（1）教室照明布线改成北、中、南排列。如图4所示，学校电路改成北、中、南布线方式更好。因为教室照度很明显南北不同。改变后，北边照度不够可以单开北边的灯，南边可利用窗口的光。

②把灯管改为纵向安装。灯管与黑板垂直（如图4所示），可以减少炫光。灯管排列在课桌之间的通道上，可以让课桌得到2个方向的光，課桌面照度就提高了。

③降低灯管高度。教室天花板离地面有3.3米，灯离桌面越远照度就越低。建议把灯管改成悬挂式安装，距离地面2.9米左右，让灯离课桌更近。

④更换灯泡。18W的LED灯管比现在的36W荧光灯更亮，还能节约用电。

⑤增加教学楼两端教室的灯泡数量。需要在最东边和最西边的教室加1盏灯。

⑥增加南楼阅读区照明。阅读区在教室的北边，没有灯光直接照射。所以，阅读区也要加1个18W的LED灯管。

⑦安装感光控制装置。教室里哪里照度低，哪里的灯自动亮起，如果照度达到设定要求，就自动关灯。放学后不需要自动开关灯时，可以用开关把灯关掉。这样做不仅可以节约能源，也能随时为同学提供合适的照明，保护视力。我在信息教师的指导下制作了感光控制装置的模型。

改造效果

线路、灯管改造前，晴天时，每层楼中间的教室早晨（8：00-10：00）开全部的灯，其他时间可以不开灯。每层楼东边、西边的教室要在早晨、放学前（14：00-16：00）开全部灯，中午（10：00-14：00）可以不开灯。阴雨天气时，每个教室都要在早晨、放学前开全部的灯。

线路、灯管改造后，晴天时，南楼每个教室早晨要开北边和中间的灯，中午一般不需要开灯，放学前需要开北侧的灯；北楼相反。阴雨天气时，各教室在早晨、放学前开全部灯；中午如果要写作业和阅读，南楼要开北边和中间的灯，北楼要开南边和中间的灯。

该项目获得第32届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目小学组地球环境与宇宙科学一等奖

专家评语

项目结合生活提出问题，并基于大量亲手测量的基础数据，提出了切实可行的解决方案，对中小学有借鉴意义。测量的方案还可以更细化和深入，建议深化和完善研究方案。